Hidrauliskā akmeņurbuma darbības princips: ietekmes un rotācijas urbuma kodolmehānisms

Vairums skaidrojumu par to, kā darbojas hidrauliskais akmeņu urbis, sākas ar svārsta aprakstu. Tas ir nepareizs vietas izvēles punkts. Svārsts ir hidrauliski-mehāniskās saites sistēmas izvade — saprast, ko svārsts dara, ir noderīgi tikai tad, ja vispirms ir saprasts, kas to kontrolē. Uztrieciena sistēma pamatā ir hidrauliskais oscilators: apgriešanas vārsts pārslēdz eļļas plūsmu starp priekšējo un aizmugurējo svārsta kameru tieši tajā brīdī, kad tas nepieciešams, lai nodrošinātu nepārtrauktu svārstību kustību. Visi turpmākie parametri — svārsta ātrums, trieciena enerģija, frekvence — ir atkarīgi no tā, cik precīzi notiek šis pārslēgšanas process.

Pilnā urbjdarbība apvieno trīs vienlaicīgas funkcijas: ass virziena uztrieci (svārsta triecienu), rotāciju (urbju virknes pagriešanu, lai katrs trieciens ietekmētu jaunu akmeni) un barošanas spēku (spiedienu, kas virza urbja galviņu pret akmeni). Visām trim funkcijām jābūt līdzsvarotām, citādi sistēma būs neefektīva neatkarīgi no tā, cik daudz hidrauliskās jaudas tai tiek piegādāta.

Uztrieciena cikls: astoņas stāvokļa fāzes vienā triecienā

Pistona kustība vienā trieciena ciklā veic aptuveni astoņus atšķirīgus hidrauliskos stāvokļus, kamēr apgriezuma vārsts koordinē eļļas plūsmu ar pistona pozīciju. Stāvoklī 1 augstspiediena eļļa piepilda priekšējo kameru un virza pistoni atpakaļ (atgriezeniskais gājiens). Atgriezeniskā gājiena laikā apgriezuma vārsts nosaka pistona pozīciju caur iekšējo vadības kanālu un sāk savu paša apgriešanos — pārslēdzot augstspiediena eļļu no priekšējās uz aizmugurējo kameru. Stāvoklī 7 pistons sasniedz maksimālo ātrumu, kad tas saskaras ar kāta seju. Apgriezuma vārstam jāsasniedz tā pārslēgtais stāvoklis tieši šajā brīdī: ja pārāk ātri, augstspiediena eļļa priekšējā kamerā aptur pistoni pirms tā saskares ar kātu; ja pārāk lēni, aizmugurējā kamera paliek spiedienā pēc trieciena, izraisot sekundāro „divkāršu triecienu”, kas iztērē enerģiju, nevis veicina nākamo produktīvo triecienu.

Pētījumi par atgriezeniskā vārsta darbības laika regulēšanu ir identificējuši otrreizējo triecienu kļūdu kā galveno iemeslu, kāpēc ražošanā izmantotajos udensstrūklu urbīšanas instrumentos (drifter) trieciena enerģija ir zem specifikācijas. Otrreizējais trieciens rodas tad, kad atgriezeniskā vārsta ātrums ir nepietiekams — vārsta brīvais spēle ε starp cilindru un vārsta cauruli nosaka, cik ātri vārsts pārslēdzas. Kad ε = 0,01 mm, brīvās spēles caurplūde nodrošina projektēto pārslēgšanās ātrumu; gan lielākas, gan mazākas brīvās spēles vērtības pasliktina trieciena veiktspēju — vai nu lēnā pārslēgšanās dēļ (otrreizējais trieciens), vai arī pārslēgšanās pārsniegšanas dēļ (zudusi dzinēja virzuļa ātruma vērtība).

Svārstību viļņa pārnese: enerģija uz akmeņu virsmas

Kad sviru ietek ātrumā v, trieciens rada spiedes stresa vilni, kas izplatās pa urbšanas stieņa garumu uz urbuma galviņas pusi. Šī viļņa amplitūda nosaka akmeņu sagraušanas spēku pie urbuma galviņas virsmas. Stresa vilnis eksponenciāli samazinās stienī caur ģeometrisku izplatīšanos, savienojumu atstarpi stieņa savienojumos un materiāla berzes pretestību. Lauka mērījumi rāda, ka stresa viļņa raksts ir periodisks un samazinās līdz gandrīz nullei stieņa garumā — tas nozīmē, ka lietojamā trieciena enerģija dziļumā ir tikai daļa no tās enerģijas, ko svira radīja pie stieņa pamatnes.

Pretestības pielāgošana starp dzinēja zobiņu, vārpsta daļu, stieņu un urbja galu ir būtiska enerģijas pārnešanai. Kad šo komponentu viļņa pretestība (šķērsgriezuma laukuma un akustiskās ātruma reizinājums) ir pielāgota viena otrai, spiediena viļņi efektīvi izplatās, neatspoguļojoties katrā robežvirsmā. Ja dzinēja vārpstas diametrs ievērojami atšķiras no urbšanas stieņa diametra, daļa no viļņa atspoguļojas atpakaļ — šī atspoguļotā daļa ir izšķiestā enerģija. Tāpēc dzinēja ģeometrija tiek optimizēta konkrētai urbšanas stieņa diametra klasei, nevis izveidota kā universāls risinājums.

Rotācijas mehānisms: Saskaņošana starp sitieniem

Rotācijas motors nepārtraukti pagriež urbšanas virvi percusijas laikā, pie kam rotācijas ātrums ir iestatīts tā, lai urbja galiņš starp katru triecienu pārvietotos aptuveni par 5–10 grādiem. Šis leņķiskais pārvietojums novieto jaunu akmens virsmu zem katra karbīda pogaļa pirms nākamā trieciena. Pārāk mazs pārvietojums: karbīda pogaļa atkārtoti triec uz jau saplīsušu dobumu, radot smalku pulveri un siltumu, nevis jaunu plaisu izplatīšanos. Pārāk liels pārvietojums: karbīda pogaļa triec uz neatplīsušu akmeni starp iepriekšējo triecienu radītajiem saplīsušajiem apgabaliem — tas ir mazāk efektīvi nekā trieciens uz daļēji saplīsušu virsmu.

Rotācijas motors darbojas neatkarīgi no trieciena ķēdes un tiek regulēts ar atsevišķu hidraulisko ķēdi. Rotācijas momenta vērtība palielinās, kad urbuma galviņa saskaras ar cietām starpslāņu kārtām vai kad urbuma atkritumi uzkrājas un pretojas izpūšanai. Momenta straujais pieaugums, kas izraisa rotācijas apstāšanos — turpinot trieciena darbību — bloķē urbuma galviņu vietā, kamēr cilindrs turpina piegādāt sitienus nekustīgajai urbuma virknei. Šajā stāvoklī urbuma caurule pakļauta kombinētai vērpes un spiedes slodzei, kas var pārsniegt tās izturību pret cikliskām slodzēm sekundes laikā. Modernajos urbšanas iekārtu komplektos (jumbo) iebūvētā pretiesprādzēšanās funkcija šo stāvokli atpazīst un samazina trieciena spiedienu vai īsu brīdi apgriež rotāciju, lai novērstu urbuma virknes bojājumus.

Iedziļināšanas spēks: Saskares vienādojums

Barības spēks nodrošina ass virziena spiedienu, kas tur urbšanas galviņu pret akmeņaino virsmu starp triecieniem. Bez tā urbšanas galviņa viegli pacelās atpakaļgaitas stresa viļņa ietekmē un zaudē kontaktu pirms nākamā trieciena — tādējādi katrs trieciens daļēji tiek iztērēts, lai atkal paātrinātu urbšanas galviņu uz virsmas, nevis lai sasistu akmeni. Pārāk liels barības spēks izraisa to, ka urbšanas galviņa tik cieši ir piespiesta pie virsmas, ka cilindrs nevar veikt pilnu gaitu; trieciena enerģija tiek saīsināta un efektīvā trieciena enerģija samazinās.

Optimālais pievades spēks nodrošina stingru un nepārtrauktu urbuma galviņas un akmens kontaktu, neierobežojot pistona gaitu. Praksē pievades spiediens jāpalielina, palielinoties urbuma dziļumam, jo urbuma stieņa svars rada arvien lielāku pretspēku, kas kompensē cilindra spiedienu. LKAB rūpnīcas Malmberget kalnraktuvē veiktie laukā veiktie novērojumi parādīja, ka pievades spiediens lineāri palielinās kopā ar urbuma garumu pareizi ekspluatētās ražošanas urbjmašīnās — apstiprinot, ka pastāvīgi iestatīts pievades spiediens dziļumā rada neatbilstošu kontaktspēku.

Dempinga sistēma: enerģijas atgūšana no tās daļas, ko akmens nav izmantojis

Pēc tam, kad stresa viļņš sasniedz urbja galu, daļa enerģijas saplīst akmeni. Pārējā daļa atstarojas atpakaļ pa urbju stieni kā stiepuma viļņš. Ja nekas to neizkliedē, atstarotais viļņs ceļo līdz urbja kātam un tiek pārnests atpakaļ uz driftera korpusu — ietekmējot korpusu, bumbieru balstus un strukturālos savienojumus. Dempinga sistēma šo atstaroto enerģiju izkliedē. Vienkāršās dempinga konstrukcijas (peldošais adapteris, piemēram, Epiroc COP) absorbē atstaroto viļņu kāta un pistona savienojumā. Divkāršās dempinga konstrukcijas (Furukawa HD sērija) izmanto divas secīgas kameru telpas: pirmā kamera absorbē galveno atstaroto viļņu; otrā kamera uztver atlikušo atsitiena enerģiju, ko pirmā kamera nepietiekami absorbē.

Augstas izmantošanas apakšzemes darba maiņas laikā, kas ilgst 8 perkusijas stundas, dempferu sistēmas absorbētā kopējā atstarotā viļņu enerģija ir ievērojama. Blīvējumu nodilums dempferu kontūrā samazina absorbcijas efektivitāti — korpusam sāk pievadīties enerģija, kuru dempferu sistēma bija paredzēta novērst. HOVOO piedāvā dempferu kontūru blīvējumu komplektus galvenajām urbšanas iekārtu platformām kopā ar standarta perkusijas komplektiem. Pilnas references vietnē hovooseal.com.